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Establishing the meiotic recombination-initiation epigenetic code in the yeast Saccharomyces cerevisiae

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Bäckerhefe enthüllt die Geheimnisse der DNA-Reparatur

Um mehr über die meiotische Rekombination - ein gängiges Verfahren der DNA-Reparatur in großen, komplexen Organismen sowie Mikroorganismen wie beispielsweise Bakterien - zu erfahren, wird Bäckerhefe verwendet.

Gesundheit

Meiose ist eine besondere Form der Zellteilung, die sich geschlechtlich vermehrenden Populationen bei Anpassung und Entwicklung hilft. Meiotische Rekombination beginnt, wenn programmierte DNA-Doppelstrang-Brüche (DSBs) durch das Spo11-Protein aktiviert werden. Dieses Enzym schneidet das DNA-Molekül aufgrund der empfangenen neuen genetischen Information durch. Bei der Hefe Saccharomyces cerevisiae wurde festgestellt, dass die DSB-Loci sich nicht zufällig entlang der Chromosomen anheften; bestimmte Genomabschnitte bilden mit größerer Wahrscheinlichkeit DSB aus als andere. Auch Histone spielen eine Rolle in diesem Prozess. Dies sind die wichtigsten Proteinkomponenten des Chromatins im Zellkern von Eukaryoten. Sie sind für die Organisation von DNA in seiner einfachsten Bauform - den Nukleosomen - veranwortlich. Ziel des EU-finanzierten Projekts "Establishing the meiotic recombination-initiation epigenetic code in the yeast Saccharomyces cerevisiae" (EMRES) ist aufzudecken, wie Histonmodifizierungen an der Wahl und Aktivierung von Loci beteiligt sind, an denen eine meiotische Rekombination angeregt wird. Alle Forschungsarbeiten wurden unter Verwendung des Modellorganismus S. cerevisiae (Bäckerhefe) durchgeführt. Die Forscher konstruierten eine Reihe von Deletionsmutanten, um Gene für Histon-modifizierende Enzyme zu blockieren. Meiose wurde verfolgt und umfassend von der meiotischen S-Phase, DSB und Crossover-Formation, Effizienz der Sporenbildung bis zur Lebensfähigkeit der Sporen beschrieben. Für die Untersuchung der genomweiten Verteilung von H3K56ac wurde die "Chip-on-chip"-Technik genutzt, die für die Messung der Bindungsloci von Proteinen zum Einsatz kommt. Dieser Marker ist für den richtigen Zusammenbau der Nukleosomen und zur Erhaltung der Genomstabilität während der DNA-Replikation lebenswichtig. Diese Kartierung zeigte einen zufälligen Prozess der Verteilung der H3K56ac-Histonmarkierung und es wurde keine Korrelation zwischen den Abschnitten der meiotischen DSB-Bildung und H3K56ac festgestellt. Nachdem die ursprüngliche experimentelle Strategie wegen früher Studienergebnisse geändert wurde, entwickelten die Projektpartner eine neue, anpassungsfähige Methode zur Untersuchung der Histonmodifikation während der Meiose - ein plasmid basiertes Screening. Nach Prüfung des Screenings kam EMRES zu dem Schluss, dass die Mutationen der Histonmarker von H3K4R und H3K4Q den Effekt der Set1-Deletion wiederholen, wodurch die Fähigkeiten von Mutanten nach DNA-Schaden erhöht werden. Danach war das Forschungsteam in der Lage, alle Histonmutanten auf den Prozess der meiotischen Rekombination hin zu überprüfen.

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